STATISTICA: esercizi svolti su ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI e PROBABILITA

STATISTICA: esercizi svolti su ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI e PROBABILITA 1

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 2 1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 1.1 Calcolo combinatorio. 1. Una squadra di calcio schiera ad ogni partita 1 portiere, 5 difensori e 5 attaccanti. La società Aleas sceglie in modo casuale ciascun gruppo di giocatori tra 2 portieri, 8 difensori e 12 attaccanti disponibili. a) Quante sono le formazioni possibili? b) Se Roberto e Ronaldo sono due attaccanti, quante sono le formazioni in cui giocano entrambi? c) Se Franco è un difensore, quante sono le formazioni in cui gioca con l attaccante Roberto? punto a) Si osservi, innanzitutto, che due formazioni sono diverse se differiscono per almeno un giocatore, a prescindere dall ordine in cui i giocatori sono estratti (senza riposizione) dalla società Aleas. Fatta questa precisazione, si ha che: il portiere può essere scelto in C 2,1 = ( ) 2 = 2 1 modi differenti; il numero delle possibili formazioni schierate in attacco è dato dal numero delle combinazioni semplici di 12 oggetti distinti di classe 5 che risulta essere: ( ) 12 C 12,5 =. 5 il numero delle possibili formazioni schierate in difesa è dato dal numero delle combinazioni semplici di 8 oggetti distinti di classe 5 che risulta essere: ( ) 8 C 8,5 =. 5 Il numero delle possibili formazioni, di conseguenza, risulta: ( ) ( ) 12 8 2 = 2 12! 5 5 5!7! 8! 5!3! 12 11 10 9 8 = 2 8 7 6 5 4 3 2 1 3 2 1 = 2 8 2 9 11 7 = 88704 punto b) Per completare la formazione in cui giocano gli attaccanti Roberto e Ronaldo, la società Aleas deve estrarre 9 giocatori di cui:

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 3 un portiere; 5 difensori; 3 attaccanti. Il portiere, analogamente al caso precedente, ( ) può essere scelto in 2 modi differenti 8 mentre la formazione di difesa in C 8,5 = modi differenti. 5 Per quanto riguarda invece la formazione d attacco, si devono estrarre 3 attaccanti dai 10 restanti una volta esclusi Roberto e Ronaldo. Alla luce di ciò, il numero delle possibili formazioni d attacco è dato dal numero delle combinazioni semplici di 10 oggetti distinti di classe 3: ( ) 10 C 10,3 =. 3 Si ha quindi che il numero delle formazioni in cui sono presenti gli attaccanti Roberto e Ronaldo è dato da: ( )( ) 8 10 8! 2 = 2 5 3 5!3! 10! 3!7! = 2 8 7 6 3 2 1 10 9 8 3 2 1 = 7 8 2 3 10 = 13440. punto c) Per completare la formazione in cui giocano il difensore Franco e l attaccante Roberto, la società Aleas deve estrarre 9 giocatori di cui: un portiere; 4 difensori; 4 attaccanti. Il portiere può essere scelto in ( 2 1) = 2 modi differenti. Al fine di completare la formazione di difesa, la società Aleas deve estrarre (senza riposizione) 4 difensori tra i 7 rimanenti una volta escluso Franco. Il numero delle possibili formazioni di difesa è di conseguenza dato dal numero delle combinazioni semplici di 7 oggetti distinti di classe 4 che risulta essere: ( ) 7 C 7,4 =. 4 Al fine di completare la formazione d attacco, la società Aleas deve estrarre (senza riposizione) 4 attaccanti tra gli 11 rimanenti una volta escluso Roberto. Il numero delle possibili formazioni d attacco è di conseguenza dato dal numero delle combinazioni semplici di 11 oggetti distinti di classe 4 che risulta essere: ( ) 11 C 11,4 =. 4

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 4 Il numero delle formazioni in cui sono presenti il difensore Franco e l attaccante Roberto è quindi dato da: ( )( ) 11 7 2 = 2 11! 4 4 4!7! 7! 4!3! 11 10 9 8 = 2 4 3 2 1 7 6 5 3 2 1 = 2 3 10 11 5 7 = 23100. 2. Un urna contiene sei palline numerate da 1 a 6. Ne vengono estratte 3 senza reinserimento. a) Si dica quante sono le possibili terne ordinate; b) si dica quante sono le terne ordinate che contengono il 2 in seconda posizione; c) si dica quante sono le possibili terne ordinate che contengono il 2. d) Rispondere ai quesiti a) b) c) se l estrazione avviene con reimmissione. e) Rispondere ai quesiti a) c) se l estrazione avviene senza reimmissione e non interessa l ordine. punto a) Due terne ordinate si considerano diverse se differiscono per almeno una pallina o per l ordine in cui le palline compaiono nel campione. Alla luce di ciò, dato che le palline sono tra di loro distinguibili e le estrazioni avvengono senza riposizione, il numero delle possibili terne ordinate di numeri è dato dal numero di disposizioni semplici di 6 oggetti distinti di classe 3: In altri termini: D 6,3 = 6! (6 3)! = 6 5 4 = 120. la prima pallina, e quindi il primo numero, può essere scelta in 6 modi diversi; la seconda pallina, e quindi il secondo numero, può essere scelta in 5 modi diversi; l ultima pallina, e quindi l ultimo numero, può essere scelta in 4 modi diversi. Il numero delle possibili terne ordinate è di conseguenza dato da: 6 5 4 = 120 = D 6,3. punto b) Il numero delle terne che contengono il 2 in seconda posizione è dato dal numero di disposizioni semplici di 5 oggetti distinti di classe 2: D 5,2 = 5! 3! = 5 4 = 20. In alternativa, osserviamo che:

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 5 la prima pallina, e quindi il primo numero, può essere scelta in 5 modi differenti; la seconda pallina deve essere quella numerata con il due e di conseguenza può essere scelta in un solo modo; la terza pallina, e quindi il terzo numero, può essere scelta in 4 modi differenti. Il numero delle possibili terne che contengono il 2 nella seconda posizione è quindi dato da: 5 1 4 = 20 = D 5,2. punto c) In ciascuna delle terne ordinate di numeri contenenti il 2, questo ultimo numero può assumere la prima, la seconda o la terza posizione. Si supponga che il 2 occupi la seconda posizione. Come si osserva dallo svolgimento del punto precedente, il numero di possibili terne in cui il 2 occupa la seconda posizione è 20. Allo stesso risultato si arriva ripercorrendo i passi fatti nello svolgimento del punto precedente anche nel caso in cui il 2 occupi la prima o la terza posizione. Si ha così che il numero di terne possibili che contengono il 2 è dato da: punto d) 20 + 20 + 20 = 60. α) Nel caso di estrazioni con riposizione, due terne ordinate sono diverse se differiscono: per almeno una pallina; per l ordine in cui le palline compaiono; per il numero di volte in cui si ripete una pallina. In tal caso il numero di possibili terne ordinate è dato dal numero delle disposizioni con ripetizione di 6 oggetti distinti di classe 3: Infatti si osservi che: D r 6,3 = 6 3 = 216. la prima pallina, e quindi il primo numero, può essere scelta in 6 modi differenti; la seconda pallina, e quindi il secondo numero, può essere scelta in 6 modi differenti; la terza pallina, e quindi il terzo numero, può essere scelta in 6 modi differenti. Il numero delle possibili terne ordinate è quindi dato da 6 6 6 = 216 = D r 6,3. β) Il numero delle possibili terne ordinate che contengono il 2 in seconda posizione è dato dal numero di disposizioni con ripetizione di 6 oggetti distinti di classe 2: Infatti si osservi che: D r 6,2 = 6 2 = 36.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 6 la prima pallina, e quindi il primo numero, può essere scelta in 6 modi differenti; la seconda pallina deve essere quella numerata con il due e di conseguenza può essere scelta in un solo modo; la terza pallina, e quindi il terzo numero, può essere scelta in 6 modi differenti. Il numero delle possibili terne ordinate che contengono il due in seconda posizione è quindi dato da 6 1 6 = 36 = D r 6,2. γ) Si osservi che il numero delle possibili terne ordinate che contengono il due può essere calcolato come: n di possibili terne ordinate n di possibili terne che non contengono il due. Il numero delle terne che non contengono il due coincide con il numero delle possibili terne che si possono ottenere estraendo con riposizione da un urna contenente 5 palline così numerate: 1, 3, 4, 5, 6. Il numero delle terne che non contengono il due è di conseguenza dato dal numero di disposizioni con ripetizione di 5 oggetti distinti di classe 3: D r 5,3 = 5 3 = 125. Si ha dunque che il numero di possibili terne ordinate che contengono il 2 è dato da: D 3 6,3 D 3 5,3 = 216 125 = 91. punto e) α) Supponendo che le estrazioni avvengano senza riposizione, abbiamo che il numero delle possibili terne non ordinate è dato dal numero delle combinazioni semplici di 6 oggetti distinti di classe 3: C 6,3 = ( 6 3 ) = 6! 3!3! = 6 5 4 3 2 1 = 20. γ) Il numero di possibili terne non ordinate che contengono il 2 coincide con il numero di possibili coppie non ordinate di numeri ottenibili estraendo senza reimmissione 2 palline da un urna contenente 5 palline così numerate: 1, 3, 4, 5, 6. Il numero di tali possibili coppie è di conseguenza dato dal numero di combinazioni semplici di 5 oggetti distinti di classe 2 ( ) 5 C 5,2 = = 5! 2 3!2! = 5 4 2 1 = 10

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 7 che coincide, per quanto osservato in precedenza, con il numero delle possibili terne non ordinate che contengono il numero 2. 3. Da un urna contenente otto palline così numerate: 3, 2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, vengono estratte tre palline senza reinserimento. a) Quali e quante sono le terne non ordinate che contengono solo numeri negativi? b) Quante sono le terne ordinate che contengono solo numeri negativi? c) Quante sono le terne ordinate che contengono due numeri positivi? d) Quante sono le terne non ordinate che contengono due numeri positivi? punto a) Nell urna da cui si effettuano le estrazioni senza reinserimento sono contenute 3 palline numerate negativamente. Si osservi che queste tre palline sono tra di loro distinguibili in quanto i numeri ad esse associati sono differenti. Il numero di terne non ordinate composte da numeri negativi coincide, di conseguenza, con il numero di combinazioni semplici di 3 oggetti distinti di classe 3: C 3,3 = ( ) 3 3 = 3! 3!0! = 1. punto b) Il numero di terne ordinate composte da numeri negativi è dato dal numero di disposizioni semplici di 3 oggetti distinti di classe 3: D 3,3 = 3! 0! = 3! = 6. punto c) Il numero delle terne ordinate che contengono due numeri positivi coincide con il numero delle terne ordinate che contengono un numero negativo. Questo numero negativo può occupare la prima, la seconda o la terza posizione. Supponiamo che occupi la prima posizione. Quante sono le possibili terne con un numero negativo nella prima posizione e numeri positivi nelle restanti? Al fine di rispondere a questo quesito, si osservi che: la prima pallina, che deve necessariamente essere numerata con un negativo, può essere scelta in 3 modi differenti; la seconda pallina, che deve necessariamente essere numerata con un numero positivo, può essere scelta in 5 modi differenti; la terza pallina, che deve essere necessariamente numerata con un numero positivo, può essere scelta il 4 modi differenti;

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 8 Il numero di terne ordinate che contengono un numero negativo in prima posizione e due numeri positivi nelle restanti posizioni è dato di conseguenza da: 3 5 4 = 60. Seguendo un procedimento analogo, 60 risulta essere anche il numero di terne con un numero negativo in seconda posizione e due numeri positivi nelle altre e un numero negativo in terza posizione e due numeri positivi nelle altre. Abbiamo quindi che il numero di terne con due numeri positivi è dato da: 60 + 60 + 60 = 180. punto d) Il numero di terne non ordinate che contengono due numeri positivi è ottenibile dividendo il numero di terne ordinate che contengono due numeri positivi per il numero di permutazioni di tre oggetti distinti. Il numero di permutazioni di tre oggetti è dato da: P 3 = 3! = 6. Il numero delle terne non ordinate che contengono due positivi è dato di conseguenza da: 180 3! = 180 6 = 30. 4. Quanti numeri di quattro cifre possono essere formati con i 10 numeri 0, 1,...,9 se: a) uno stesso numero può essere ripetuto più volte? b) uno stesso numero non può essere ripetuto più volte? c) l ultima cifra deve essere lo zero e uno stesso numero non può essere ripetuto più volte? punto a) Si osservi, innanzitutto, che un numero di 4 cifre, necessariamente, ha la prima cifra diversa da 0. Tenendo conto di questo, se una stessa cifra può ripetersi più volte all interno dello stesso numero di 4 cifre, si ha che: la prima cifra può essere scelta in 9 modi diversi; la seconda cifra può essere scelta in 10 modi diversi; la terza cifra può essere scelta in 10 modi diversi; la quarta cifra può essere scelta in 10 modi diversi. Si ha quindi che, nel caso in cui una stessa cifra possa ripetersi più volte, il numero di numeri di 4 cifre che possono essere formati con le cifre 0, 1,..., 9 è dato da: 9 10 10 10 = 9000. punto b) Se una stessa cifra non può ripetersi più volte all interno dello stesso numero di 4 cifre, si ha che:

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 9 la prima cifra può essere scelta in 9 modi diversi (tutti tranne lo 0); la seconda cifra può essere scelta in 9 modi diversi (tutti tranne la prima cifra); la terza cifra può essere scelta in 8 modi diversi (tutti tranne le prime due cifre); la quarta cifra può essere scelta in 7 modi diversi (tutti tranne le prime tre cifre). Si ha quindi che, nel caso in cui una stessa cifra non possa ripetersi più volte, il numero di numeri di 4 cifre che possono essere formati con le cifre 0, 1,..., 9 è dato da: 9 9 8 7 = 4536. punto c) Se una stessa cifra non può ripetersi più volte all interno dello stesso numero e la quarta cifra deve essere pari a zero, si ha che: la quarta cifra deve essere necessariamente 0 e quindi può essere scelta in un solo modo; la prima cifra può essere scelta in 9 modi diversi (tutti tranne la prima cifra); la seconda cifra può essere scelta in 8 modi diversi (tutti tranne le prime due cifre); la terza cifra può essere scelta in 7 modi diversi (tutti tranne le prime tre cifre). Si ha quindi che, nel caso in cui una stessa cifra non possa ripetersi più volte, il numero di numeri di 4 cifre che possono essere formati con le cifre 0, 1,..., 9 caratterizzati dall avere lo 0 come quarta cifra è dato da: 1 9 8 7 = 504. 1.2 Eventi e probabilità 5. Descrivere gli spazi campionari dei seguenti esperimenti casuali: a) lancio di un dado; b) lancio di due dadi; c) lancio di tre dadi; d) lancio di n dadi; e) lancio di un dado e di una moneta. punto a) In questo caso, lo spazio campionario Ω coincide con l insieme di tutti gli esiti che si possono ottenere dal lancio di un dado: Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 10 punto b) In questo caso lo spazio campionario coincide con l insieme di tutti gli esiti che si possono ottenere dal lancio di due dadi: Ω = {(1, 1); (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (1, 6); (2, 1); (2, 2); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (2, 6); (3, 1); (3, 2); (3, 3); (3, 4); (3, 5); (3, 6); (4, 1); (4, 2); (4, 3); (4, 4); (4, 5); (4, 6); (5, 1); (5, 2); (5, 3); (5, 4); (5, 5); (5, 6); (6, 1); (6, 2); (6, 3); (6, 4); (6, 5); (6, 6)}. Espressioni alternative e sintetiche per esprimere lo spazio campionario sono date da: Ω = {(i,j) : i = 1, 2,..., 6 ; j = 1, 2,..., 6} Ω = A A = A 2 dove A = {1, 2,..., 6} e il simbolo indica il prodotto cartesiano. punto c) In questo caso lo spazio campionario coincide con l insieme di tutti gli esiti che si possono ottenere dal lancio di tre dadi: Ω = { (1, 1, 1); (1, 1, 2); (1, 1, 3); (1, 1, 4); (1, 1, 5); (1, 1, 6); (1, 2, 1); (1, 2, 2); (1, 2, 3); (1, 2, 4); (1, 2, 5); (1, 2, 6); (1, 3, 1); (1, 3, 2); (1, 3, 3); (1, 3, 4); (1, 3, 5); (1, 3, 6); (1, 4, 1); (1, 4, 2); (1, 4, 3); (1, 4, 4); (1, 4, 5); (1, 4, 6); (1, 5, 1); (1, 5, 2); (1, 5, 3); (1, 5, 4); (1, 5, 5); (1, 5, 6); (1, 6, 1); (1, 6, 2); (1, 6, 3); (1, 6, 4); (1, 6, 5); (1, 6, 6); (2, 1, 1); (2, 1, 2); (2, 1, 3); (2, 1, 4); (2, 1, 5); (2, 1, 6); (2, 2, 1); (2, 2, 2); (2, 2, 3); (2, 2, 4); (2, 2, 5); (2, 2, 6); (2, 3, 1); (2, 3, 2); (2, 3, 3); (2, 3, 4); (2, 3, 5); (2, 3, 6); (2, 4, 1); (2, 4, 2); (2, 4, 3); (2, 4, 4); (2, 4, 5); (2, 4, 6); (2, 5, 1); (2, 5, 2); (2, 5, 3); (2, 5, 4); (2, 5, 5); (2, 5, 6); (2, 6, 1); (2, 6, 2); (2, 6, 3); (2, 6, 4); (2, 6, 5); (2, 6, 6); (3, 1, 1); (3, 1, 2); (3, 1, 3); (3, 1, 4); (3, 1, 5); (3, 1, 6); (3, 2, 1); (3, 2, 2); (3, 2, 3); (3, 2, 4); (3, 2, 5); (3, 2, 6); (3, 3, 1); (3, 3, 2); (3, 3, 3); (3, 3, 4); (3, 3, 5); (3, 3, 6); (3, 4, 1); (3, 4, 2); (3, 4, 3); (3, 4, 4); (3, 4, 5); (3, 4, 6); (3, 5, 1); (3, 5, 2); (3, 5, 3); (3, 5, 4); (3, 5, 5); (3, 5, 6); (3, 6, 1); (3, 6, 2); (3, 6, 3); (3, 6, 4); (3, 6, 5); (3, 6, 6); (4, 1, 1); (4, 1, 2); (4, 1, 3); (4, 1, 4); (4, 1, 5); (4, 1, 6); (4, 2, 1); (4, 2, 2); (4, 2, 3); (4, 2, 4); (4, 2, 5); (4, 2, 6); (4, 3, 1); (4, 3, 2); (4, 3, 3); (4, 3, 4); (4, 3, 5); (4, 3, 6);

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 11 (4, 4, 1); (4, 4, 2); (4, 4, 3); (4, 4, 4); (4, 4, 5); (4, 4, 6); (4, 5, 1); (4, 5, 2); (4, 5, 3); (4, 5, 4); (4, 5, 5); (4, 5, 6); (4, 6, 1); (4, 6, 2); (4, 6, 3); (4, 6, 4); (4, 6, 5); (4, 6, 6); (5, 1, 1); (5, 1, 2); (5, 1, 3); (5, 1, 4); (5, 1, 5); (5, 1, 6); (5, 2, 1); (5, 2, 2); (5, 2, 3); (5, 2, 4); (5, 2, 5); (5, 2, 6); (5, 3, 1); (5, 3, 2); (5, 3, 3); (5, 3, 4); (5, 3, 5); (5, 3, 6); (5, 4, 1); (5, 4, 2); (5, 4, 3); (5, 4, 4); (5, 4, 5); (5, 4, 6); (5, 5, 1); (5, 5, 2); (5, 5, 3); (5, 5, 4); (5, 5, 5); (5, 5, 6); (5, 6, 1); (5, 6, 2); (5, 6, 3); (5, 6, 4); (5, 6, 5); (5, 6, 6); (6, 1, 1); (6, 1, 2); (6, 1, 3); (6, 1, 4); (6, 1, 5); (6, 1, 6); (6, 2, 1); (6, 2, 2); (6, 2, 3); (6, 2, 4); (6, 2, 5); (6, 2, 6); (6, 3, 1); (6, 3, 2); (6, 3, 3); (6, 3, 4); (6, 3, 5); (6, 3, 6); (6, 4, 1); (6, 4, 2); (6, 4, 3); (6, 4, 4); (6, 4, 5); (6, 4, 6); (6, 5, 1); (6, 5, 2); (6, 5, 3); (6, 5, 4); (6, 5, 5); (6, 5, 6); (6, 6, 1); (6, 6, 2); (6, 6, 3); (6, 6, 4); (6, 6, 5); (6, 6, 6)} Espressioni alternative e sintetiche per esprimere lo spazio campionario sono date da: Ω = {(i,j,k) : i = 1, 2,..., 6 ; j = 1, 2,..., 6 ; k = 1, 2,..., 6} Ω = A A A = A 3 punto d) In questo caso la descrizione dello spazio campionario attraverso l elencazione di tutti gli esiti che si possono ottenere dal lancio di n dadi, oltre che molto laboriosa, risulterebbe poco chiara. Lo spazio campionario può comunque essere completamente descritto utilizzando le seguenti espressioni: Ω = {(i 1,i 2,...,i n ) : i j = 1, 2,..., 6 ;j = 1, 2,...,n}. Ω = A } A {{... A } = A n n volte punto e) In questo caso lo spazio campionario coincide con l insieme di tutti gli esiti che si possono ottenere dal lancio di un dado e di una moneta. Indicando con c e t rispettivamente gli eventi elementari croce e testa che si possono ottenere dal lancio della moneta, abbiamo: Ω = {(1,c); (2,c); (3,c); (4,c); (5,c); (6,c); (1,t); (2,t); (3,t); (4,t); (5,t); (6,t)} In alternativa lo spazio campionario può essere descritto utilizzando le seguenti espressioni: Ω = {(i,j) : i = 1, 2,..., 3 ; j = c,t} Ω = A M

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 12 dove M = {c, t} coincide con lo spazio campionario dell esperimento costituito dal lancio di una moneta. 6. Un urna contiene cinque palline numerate da 1 a 5 delle quali le prime tre sono nere e le altre rosse. Si estrae un campione con reinserimento di ampiezza due. Sia E 1 l evento la prima pallina estratta è nera e sia E 2 l evento la seconda pallina estratta è nera : a) descrivere lo spazio campionario Ω; b) descrivere gli eventi E 1, E 2 ed E 1 E 2 e calcolarne le probabilità; c) se le estrazioni avvengono senza reimmissione come vengono modificati gli eventi Ω, E 1, E 2 ed E 1 E 2 e le relative probabilità? punto a) Lo spazio campionario dell esperimento casuale descritto nel testo dell esercizio è dato da: Ω = { (1, 1); (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (2, 1); (2, 2); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (3, 1); (3, 2); (3, 3); (3, 4); (3, 5); (4, 1); (4, 2); (4, 3); (4, 4); (4, 5); (5, 1); (5, 2); (5, 3); (5, 4); (5, 5) } Espressioni alternative per descrivere lo spazio campionario sono: Ω = {(i,j) : i = 1, 2,..., 5 ; j = 1, 2,..., 5} Ω = A A dove A = {1, 2,..., 5} coincide con lo spazio campionario dell esperimento estazione di una pallina dall urna specificata nel testo dell esercizio. Si osservi che lo spazio campionario Ω conta 5 5 = 25 elementi equiprobabili (n dei casi possibili). punto b) Dato che le palline nere sono quelle numerate da 1 a 3, l evento E 1 può essere così descritto: E 1 = { (1, 1); (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (2, 1); (2, 2); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (3, 1); (3, 2); (3, 3); (3, 4); (3, 5) } Un espressione alternativa per descrivere l evento in questione è: E 1 = {(i,j) : i = 1, 2, 3 ; j = 1, 2,..., 5}. Si osservi che l insieme E 1 conta 15 elementi che costituiscono i possibili esiti dell esperimento caratterizzati dal fatto che la prima pallina estratta è nera. Questi eventi

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 13 possono essere chiamati casi favorevoli alla condizione la prima pallina estratta è nera. La probabilità dell evento E 1 è data da: P(E 1 ) = n casi favorevoli n casi possibili = 15 25 = 0.6. L evento E 2 può essere così descritto: E 2 = { (1, 1); (2, 1); (3, 1); (4, 1); (5, 1); (1, 2); (2, 2); (3, 2); (4, 2); (5, 2); (1, 3); (2, 3); (3, 3); (4, 3); (5, 3) }. Un espressione alternativa per descrivere l evento in questione è: E 2 = {(i,j) : i = 1, 2,..., 5 ; j = 1, 2, 3}. Si osservi che l insieme E 2 conta 15 elementi che costituiscono i possibili esiti dell esperimento caratterizzati dal fatto che la seconda pallina estratta è nera. Questi eventi possono essere chiamati casi favorevoli alla condizione la seconda pallina estratta è nera. La probabilità dell evento E 2 è data da: P(E 2 ) = n casi favorevoli n casi possibili = 15 25 = 0.6. L evento intersezione E 1 E 2 può essere così descritto: E 1 E 2 = { (1, 1); (2, 1); (3, 1); (1, 2); (2, 2); (3, 2); (1, 3); (2, 3); (3, 3) } Un espressione alternativa per descrivere l evento in questione è data da: E 2 = {(i,j) : i = 1, 2, 3 ; j = 1, 2, 3}. Si osservi che l insieme E 1 E 2 conta 9 elementi che costituiscono i possibili esiti dell esperimento caratterizzati dal fatto che entrambe le palline estratte sono di colore nero (casi favorevoli alla condizione le due palline estratte sono nere ). La probabilità dell evento E 1 E 2 è data da: P(E 1 E 2 ) = n casi favorevoli n casi possibili = 9 25 = 0.36. Si sarebbe potuto giungere al medesimo risultato osservando che, avvenendo le estrazioni con riposizione, gli eventi E 1 ed E 2 sono indipendenti e di conseguenza P(E 1 E 2 ) = P(E 1 ) P(E 2 ) = 0.6 0.6 = 0.36.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 14 punto c) Nel caso in cui le estrazioni avvengano senza riposizione lo spazio campionario è dato da: Ω = { (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (2, 1); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (3, 1); (3, 2); (3, 4); (3, 5); (4, 1); (4, 2); (4, 3); (4, 5); (5, 1); (5, 2); (5, 3); (5, 4) } = {(i,j) : i = 1, 2,..., 5 ; j = 1, 2,..., 5 ; i j}. Lo spazio campionario Ω contiene 20 eventi elementari (n dei casi possibili). L evento E 1 è dato da: E 1 = { (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (2, 1); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (3, 1); (3, 2); (3, 4); (3, 5) } = {(i,j) : i = 1, 2, 3 ; j = 1, 2,..., 5 ; i j}. L evento E 1 contiene 12 eventi elementari (n di casi favorevoli alla condizione la prima pallina estratta è nera ). Si ha dunque che: P(E 1 ) = n di casi favorevoli = 12 20 = 0.60. L evento E 2 è dato da: E 2 = { (2, 1); (3, 1); (4, 1); (5, 1); (1, 2); (3, 2); (4, 2); (5, 2); (1, 3); (2, 3); (4, 3); (5, 3) } = {(i,j) : i = 1, 2,..., 5 ; j = 1, 2, 3 ; i j}. L evento E 2 contiene 12 eventi elementari (n di casi favorevoli alla condizione la seconda pallina estratta è nera ). Si ha dunque che: P(E 2 ) = n di casi favorevoli = 12 20 = 0.60. L evento intersezione E 1 E 2 è dato da: E 1 E 2 = { (1, 2); (1, 3); (2, 1); (2, 3); (3, 1); (3, 2) } = {(i,j) : i = 1, 2, 3 ; j = 1, 2, 3 ; i j} L evento E 1 E 2 contiene 6 eventi elementari (casi favorevoli alla condizioni entrambe le palline estratte sono nere ). Si ha dunque che: P(E 1 E 2 ) = n di casi favorevoli = 6 20 = 0.30.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 15 Si osservi che il fatto che le estrazioni avvengano senza riposizione, implica che gli eventi E 1 e E 2 non sono indipendenti. Infatti: P(E 1 ) P(E 2 ) = 0.36 P(E 1 E 2 ). 7. Un esperimento consiste nel lanciare due dadi regolari insieme. Dopo aver determinato lo spazio degli eventi elementari, calcolare la probabilità dei seguenti eventi: a) A = nei due lanci le facce superiori sono uguali ; b) B = nei due lanci le facce superiori hanno somma cinque ; c) C = il numero riportato su una faccia è il doppio dell altra. punto a) Lo spazio campionario è dato da: Ω = { (1, 1); (1, 2); (1, 3); (1, 4); (1, 5); (1, 6); (2, 1); (2, 2); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (2, 6); (3, 1); (3, 2); (3, 3); (3, 4); (3, 5); (3, 6); (4, 1); (4, 2); (4, 3); (4, 4); (4, 5); (4, 6); (5, 1); (5, 2); (5, 3); (5, 4); (5, 5); (5, 6); (6, 1); (6, 2); (6, 3); (6, 4); (6, 5); (6, 6) } = {(i,j) : i = 1, 2,..., 6 ; j = 1, 2,..., 6}. Come si osserva lo spazio campionario è composto da 36 eventi elementari equiprobabili (n dei casi possibili). L evento A è dato da: A = {(1, 1); (2, 2); (3, 3); (4, 4); (5, 5); (6, 6)} = {(i,i) : i = 1, 2,..., 6}. L evento A è composto da 6 eventi elementari (n di casi favorevoli) e di conseguenza: P(A) = n di casi favorevoli = 6 36 = 0.1 6. punto b) L evento B è dato da: B = {(1, 4); (2, 3); (3, 2); (4, 1)} = {(i,j) Ω : i + j = 5}. L evento B è composto da 4 eventi elementari (n di casi favorevoli) e di conseguenza: P(B) = n di casi favorevoli = 4 36 = 0. 1.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 16 punto c) L evento C è dato da: B = {(1, 2); (2, 4); (3, 6); (2, 1); (4, 2); (6, 3))} = {(i,j) Ω : i = (2 j) o j = (2 i)}. L evento C è composto da 6 eventi elementari (n di casi favorevoli) e di conseguenza: P(C) = n di casi favorevoli = 6 36 = 0.1 6. 8. Un esperimento casuale consiste nell estrarre una pallina da un urna contenente cinque palline numerate da 1 a 5. Se si estrae una pallina contrassegnata con un numero dispari si lancia una moneta, mentre se si ottiene un numero pari si lancia un dado. a) Descrivere lo spazio campionario Ω di tale esperimento; b) Descrivere gli eventi A = Si presentano solo numeri pari e B = Esce testa. Come sono tra di loro i due eventi? punto a) Indicando con c e t rispettivamente gli eventi elementari croce e testa che si possono ottenere dal lancio della moneta, lo spazio campionario dell esperimento descritto dal testo dell esercizio è dato da: Ω = { (1,t); (1,c); (2, 1); (2, 2); (2, 3); (2, 4); (2, 5); (2, 6); (3,t); (3,c); (4, 1); (4, 2); (4, 3); (4, 4); (4, 5); (4, 6); (5,t); (5,c) }. Si osservi che lo spazio campionario è composto da 18 eventi. punto b) L evento A è dato da: A = {(2, 2); (2, 4); (2, 6); (4, 2); (4, 4); (4, 6)}. L evento B è dato da: B = {(1,t); (3,t); (5,t)}. Si osservi che A e B sono incompatibili in quanto A B =. 9. Un gruppo di 180 individui è stato classificato in base all età (in anni): classi di età 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 tot frequenze 10 30 50 30 20 20 20 180 Scelto a caso un individuo si calcoli la probabilità che abbia un età: a) inferiore ai 50 anni;

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 17 b) non inferiore ai 20 anni ma inferiore ai 50 anni; c) non inferiore a 60 anni. punto a) Al fine dello svolgimento dell esercizio, predisponiamo la seguente tabella: Classi Frequenze Fr. cumulate Fr. retrocumulate di età f j C j R j 10 20 10 10 180 20 30 30 40 170 30 40 50 90 140 40 50 30 120 90 50 60 20 140 60 60 70 20 160 40 70 80 20 180 20 tot 180 Dalla tabella sopra riportata si osserva che il numero di individui che hanno un età inferiore a 50 anni è dato dalla quarta frequenza cumulata C 4 = 120 che rappresenta il numero di casi favorevoli alla condizione l individuo estratto ha un età inferiore a 50 anni. Il numero dei possibili esiti dell estrazione casuale di un individuo dalla popolazione considerata () è dato dalla numerosità della popolazione stessa : 180. Alla luce di ciò, la probabilità dell evento è data da: A = l individuo estratto ha un età inferiore ai 50 anni P(A) = n di casi favorevoli = 120 180 = 2 3 = 0. 6. punto b) Il numero di individui che, nella popolazione in considerazione, ha un età non inferiore a 20 ma inferiore a 50 anni è dato da: C 4 C 1 = 120 10 = 110. Tale quantità coincide con il numero di casi favorevoli alla condizione l individuo estratto ha un età non inferiore a 20 ma inferiore a 50 anni. La probabilità dell evento B = l individuo estratto ha un età non inferiore a 20 anni ma inferiore a 50 anni è data da: P(B) = n di casi favorevoli = 110 180 = 0.6111. Si osservi che, dato che B A, la probabilità appena ricavata può essere così calcolata: P(B) = P(A) P(C)

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 18 dove C = l individuo estratto ha un età inferiore ai 20 anni. Infatti, il numero di individui che hanno un età inferiore a 20 anni (casi favorevoli) è dato dalla prima frequenza cumulata: 10. Si ha dunque P(C) = n di casi favorevoli = 10 180 = 0.0555 P(B) = P(A) P(C) = 0.6666 0.0555 = 0.6111. punto c) Il numero di individui che, nella popolazione in considerazione, ha un età non inferiore a 60 è dato dalla penultima frequenza retrocumulata: 40. Tale quantità coincide con il numero di casi favorevoli alla condizione l individuo estratto ha un età non inferiore a 60 anni e di conseguenza la probabilità dell evento è data da: D = { l individuo estratto ha un età non inferiore a 60 anni } P(D) = n di casi favorevoli = 40 180 = 0.2222. 10. Da un urna contenente venti palline numerate da 1 a 20 si estrae una pallina. Determinare la probabilità che il numero della pallina sia dispari sapendo che è divisibile per tre. Lo spazio campionario dell esperimento estrazione di una pallina dall urna specificata dal testo dell esercizio è dato da: Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20} Lo spazio campionario è composto dai 20 eventi elementari equiprobabili (casi possibili). Si considerino gli eventi: A = Il numero della pallina estratta è dispari = {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19} = {i Ω : i = 1 + (2 j) ; j = 0, 1,..., 9} B = Il numero della pallina estratta è divisibile per tre = {3, 6, 9, 12, 15, 18} = {i Ω : i3 } N A B = il numero della pallina estratta è dispari e divisibile per tre = {3, 9, 15} { ( ) i = i Ω : 3 N } (i = 1 + (2 j) ; j = 0, 1,..., 9).

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 19 L evento A B è composto da 3 eventi elementari (casi favorevoli alla condizione il numero della pallina estratta è dispari e divisibile per 3 ) e, di conseguenza, si ha: P(A B) = n di casi favorevoli = 3 20 = 0.2. L evento B è composto da 6 eventi elementari (casi favoreli alla condizione il numero della pallina estratta è divisibile per 3 ) e, di conseguenza, si ha: P(B) = n di casi favorevoli = 6 20. La probabilità di estrarre una pallina con un numero dispari sapendo che è divisibile per tre è data quindi da: P(A B) = P(A B) P(B) = 3 20 20 6 = 1 2. 11. Siano A e B due eventi in Ω tali che P(A) = 0.7 e P(A B) = 0.8. Determinare P(B) nei casi in cui: a) A e B sono eventi incompatibili; b) A e B sono eventi indipendenti; c) P(A B) = 0.6. punto a) Si ricordi che P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) (1) da cui P(B) = P(A B) P(A) + P(A B). Nell ipotesi in cui gli eventi A e B siano incompatibili, e quindi A B =, si ha: P(B) = P(A B) P(A) P( ) = 0.8 0.7 + 0 = 0.1. punto b) Se gli eventi A e B sono indipendenti si ha che: P(A B) = P(A) P(B). Di conseguenza: P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) = P(A) + P(B) P(A) P(B) = P(A) + P(B)[1 P(A)]. Si ha così che: P(A B) P(A) = P(B)[1 P(A)]

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 20 P(B) = = P(A B) P(A) 1 P(A) 0.8 0.7 1 0.7 = 0.1 0.3 = 1 3. punto c) Si ricordi che P(A B) = P(A B) P(B) da cui consegue P(B) = P(A B) P(A B). Dall espressione (1) si ha che P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) e quindi P(B) = P(A) + P(B) P(A B) P(A B) P(B) P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) P(B) P(A B) P(B) = P(A) P(A B) P(B) [P(A B) 1] = P(A) P(A B) P(B) = = P(A) P(A B) P(A B) 1 0.7 0.8 0.6 1 = 0.1 0.4 = 1 4. 12. Nel lancio di un dado sia A l evento esce un numero dispari, B l evento esce un numero pari. a) Gli eventi A e B sono incompatibili? b) Gli eventi A e B sono complementari? c) Gli eventi A e B sono indipendenti?

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 21 punto a) Lo spazio campionario dell esperimento casuale lancio di un dado è dato da: Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6}. Gli eventi A e B sono dati da: A = {1, 3, 5} B = {2, 4, 6}. Si osservi che A B = e quindi gli eventi in considerazione sono incompatibili. punto b) Si osservi che: A B = {1, 3, 5, 2, 4, 6} = Ω. Come visto nel punto precedente, A B = e di conseguenza gli eventi in considerazione sono complementari, infatti: Ā = B e B = A. punto c) Dato che A e B sono incompatibili, abbiamo che: Si osservi che: Inolte: P(A B) = P( ) = 0. P(A) = n di casi favorevoli n si casi possibili P(B) = n di casi favorevoli n si casi possibili = 3 6 = 0.5 = 3 6 = 0.5. P(A) P(B) = 0.5 2 0 = P(A B). Di conseguenza, i due eventi in considerazione non sono indipendenti.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 22 13. Siano A e B due eventi tali che P(A) = 2/7, P(B) = 1/3 e P(A B) = 10/21. Calcolare le seguenti probabilità: a) P(A B); b) P(Ā B); c) P(Ā B); d) P(A B; e) P(Ā B). punto a) Dall espressione (1) si ha che: punto b) Si osservi che P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) = 2 7 + 1 3 10 21 = 3 21. Ā B = A B come è possibile intuire guardando le figure di seguito riportate: A A B A B B A B B = A B B A Si ha dunque che: P(Ā B) = P(A B) punto c) Si osservi che = 1 P(A B) = 1 10 21 = 11 21. Ā B = B (A B) come è possibile intuire guardando la figura di seguito riportata.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 23 A B = B (A B) B A Si osservi inoltre che (A B) B e di conseguenza: P(Ā B) = P[B (A B)] = P(B) P(A B) = 1 3 3 21 = 4 21. punto d) Si osservi che A B = ( Ā B ) come è possibile intuire guardando la figura di seguito riportata. A B = (A B) B A Si ha dunque che: P(A B) = P punto e) Si osservi che ( (Ā B ) ) = 1 P(Ā B) = 1 4 21 = 17 21. Ā B = A B come è possibile intuire guardando alla figura di seguito riportata.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 24 A B = A B A B Si ha dunque che: P(Ā B) = P(A B) = 1 P(A B) = 1 3 21 = 6 7.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 25 1.3 Problemi 14. Si supponga di estrarre in blocco, senza reinserirle nel mazzo, 13 carte da un mazzo di 52 (13 carte di cuori, 13 di picche, 13 di fiori, 13 di quadri). Si calcoli la probabilità che le 13 carte contengano: a) il due di picche; b) una sola carta di picche; c) tre carte di fiori e cinque carte di cuori; d) solo tre figure. punto a) Si osservi innanzitutto che, poichè le estrazioni avvengono in blocco, due campioni sono diversi se differiscono per almeno una carta, a prescindere da considerazioni relative all ordine con cui le stesse vengono disposte all interno del campione. Il numero di tutti i possibili esiti dell esperimento () è dato quindi dal numero di combinazioni semplici di 52 oggetti distinti di classe 13: ( ) 52 C 52,13 =. 13 Il numero dei campioni che contengono il due di picche (n di casi favorevoli) coincide con il numero di possibili campioni che si possono ottenere estraendo 12 carte dal mazzo di 51 carte ottenuto togliendo il due di picche da quello descritto nel testo dell esercizio. Il numero di casi favorevoli è di conseguenza dato dal numero di combinazioni semplici di 51 oggetti distinti di classe 12: ( ) 52 C 51,12 =. 12 La probabilità dell evento è di conseguenza data da: A = le carte estrarre contengono il due di picche P(A) = n di casi favorevoli n si casi possibili ( ) 51 12 = ( ) = 51! 13! 39! 52 12! 39! 52! 13 = 13 52 = 0.25.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 26 punto b) Il numero di modi in cui la carta di picche può essere scelta è dato dal numero di combinazioni semplici di 13 oggetti distinti (le 13 carte di picche) di classe 1: ( ) 13 C 13,1 =. 1 Il numero di modi in cui le restanti 12 carte possono essere scelte è dato dal numero di combinazioni semplici di 39 oggetti distinti (le 39 carte non di picche) di classe 12: ( ) 39 C 39,12 =. 12 Il numero di possibili campioni contenenti una sola carta di picche (casi favorevoli) è dunque data da: ( )( ) 13 39. 1 12 Indicando con B l evento le carte estratte contengono una sola carta di picche si ha quindi: P(B) = n di casi favorevoli n si casi possibili ( )( ) 13 39 13! 1 12 = ( ) = 12! 1! 39! 12! 27! 52 52! 13 13! 39! 13! = 12! 1! 39! 13! 39! 12! 27! 52! 13 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 13 = 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 13 17 19 29 31 37 39 = 2 5 5 41 43 46 47 51 = 0.0806. punto c) Si supponga di fissare una terna di carte di fiori e una cinquina di carte di cuori. Il numero dei possibili campioni estratti in blocco che contengono queste 8 carte e le rimanenti di quadri o picche, è dato dal numero di campioni che si possono ottenere estraendo in blocco (13 8) = 5 carte dal mazzo di (52 13 13) = 26 ottenuto togliendo da quello iniziale le carte di cuori e fiori. Questo numero coincide con il numero di combinazioni semplici di 26 oggetti distinti di classe 5: ( ) 26 C 26,5 =. 5 Il numero di possibili campioni di 5 elementi estratti in blocco dal mazzo di carte di seme cuori è dato dal numero di combinazioni semplici di 13 elementi di classe 5: ( ) 13 C 13,5 =. 5

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 27 Il numero di possibili campioni di 3 elementi estratti in blocco dal mazzo di carte di seme fiori è dato dal numero di combinazioni semplici di 13 elementi di classe 3: ( ) 13 C 13,3 =. 3 Di conseguenza il numero di possibili campioni di 13 elementi, estratti in blocco dal mazzo di 52 carte, che contengono 3 carte di fiori e 5 di cuori (n di casi favorevoli), è dato da: ( )( )( ) 13 13 26. 3 5 5 Indicando con C l evento il campione estratto contiene 5 carte di cuori e 3 di fiori, si ha che; P(C) = n di casi favorevoli ( )( )( ) 13 13 26 3 5 5 = ( ) 52 13 13! = 3! 10! 13! 5! 8! 26! 5! 21! 52! 13! 39! 3 2 11 3 13 3 = 2 5 17 41 43 47 49 = 0.038. punto d) Il numero di possibili campioni di 10 carte che possono essere estratti dal mazzo di 40 ottenuto togliendo tutte le figure a quello di 52, è dato dal numero di combinazioni di 40 oggetti distinti di classe 10: ( ) 40 C 40,10 =. 10 Il numero di possibili campioni di 3 carte che possono essere estratti dal mazzo delle 12 figure è dato dal numero di combinazioni di 12 oggetti distinti di classe 3: ( ) 12 C 12,3 =. 3 Il numero di possibili campioni di 13 carte che contengono solo tre figure (n di casi favorevoli) è di conseguenza dato da: ( )( ) 40 12. 10 3

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 28 Indicando con D l evento il campione estratto contiene solo tre figure, abbiamo che: P(D) = n di casi favorevoli ( )( ) 40 12 = 10 3 ( ) 52 13 40! = 10! 30! 12! 3! 9! 52! 13! 39! = 22 11 1 19 31 37 39 3 5 7 2 23 41 43 47 = 0.294. 15. Il 60% degli studenti di una facoltà non frequentano ne il corso A ne il corso B. Il 20% frequenta il corso A e il 30% il corso B. Scelto a caso uno studente della facoltà, si determini la probabilità: a) che frequenti il corso A o il corso B; b) che frequenti il corso A e il corso B. punto a) Si definiscono i seguenti eventi: A = lo studente estratto frequenta il corso A B = lo studente estratto frequenta il corso B. Sulla base delle informazioni fornite dal testo dell esercizio si ha che: P(A) = 0.2 P(B) = 0.3 P(Ā B) = 0.6. L evento lo studente estratto frequenta il corso A o il corso B, secondo la notazione appena introdotta, è dato da (A B). Si osservi che (A B) = (Ā B) come è evidenziato dai diagrammi di Venn di seguito riportati. Si ha dunque che: P(A B) = P(Ā B) = 1 P(Ā B) = 1 0.6 = 0.4.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 29 A B B A A B B = A B B A punto b) Ricordando che si ha: P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) = 0.2 + 0.3 0.4 = 0.1. 16. Un dado regolare viene lanciato tre volte. Determinare: a) la probabilità che tutti i numeri ottenuti siano pari; b) la probabilità che la somma dei numeri ottenuti sia cinque. punto a) Si definiscano gli eventi: p 1 = dal primo lancio dal dado si ottiene un numero pari p 2 = dal secondo lancio dal dado si ottiene un numero pari p 3 = dal terzo lancio dal dado si ottiene un numero pari. Si osservi che lo spazio campionario associato a ciascuno dei lanci del dado è Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6} e di conseguenza Si ha dunque che: p 1 = {2, 4, 6} p 2 = {2, 4, 6} p 3 = {2, 4, 6}. P(p 1 ) = P(p 2 ) = P(p 3 ) = n di casi favorevoli = 3 6. Secondo la notazione appena introdotta, l evento i numeri ottenuti dai tre lanci sono pari è dato da (p 1 p 2 p 3 ).

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 30 Dato che i lanci sono fisicamente separati si ha che gli eventi p 1, p 2 e p 3 sono indipendenti e di conseguenza si ha che: P(p 1 p 2 p 3 ) = P(p 1 ) P(p 2 ) P(p 3 ) = 3 6 3 6 3 6 = 1 2 = 1 3 8. punto b) Si osservi che, il numero 5 può essere ottenuto come somma di tre naturali positivi solamente sommando i numeri appartenenti alle seguenti terne: (1, 2, 2) ; (2, 1, 2) ; (2, 2, 1) ; (1, 1, 3) ; (1, 3, 1) ; (3, 1, 1). Indicando con D l evento la somma dei tre numeri ottenuti è 5, si ha: D = {(1, 2, 2) ; (2, 1, 2) ; (2, 2, 1) ; (1, 1, 3) ; (1, 3, 1) ; (3, 1, 1)}. Il numero di casi favorevoli è di conseguenza pari a 6. Il numero di possibili terne di numeri che possono essere ottenute lanciando un dado tre volte () è dato dal numero di possibili disposizioni con ripetizione di 6 oggetti distinti di classe 3: In definitiva si ha dunque che: D r 6,3 = 6 3 = 216. P(D) = n di casi favorevoli = 6 216 = 1 36. 17. Da un mazzo di 52 carte si estraggono con reinserimento due carte. Determinare: a) la probabilità di estrarre due re; b) la probabilità di estrarre due re sapendo che sono uscite due figure. punto a) Si considerino gli eventi: E 1 = alla prima estrazione si ottiene un re E 2 = alla seconda estrazione si ottiene un re E = E 1 E 2 = si estraggono due re Si osservi che gli eventi E 1 e E 2 sono indipendenti ed equiprobabili in quanto le estrazioni avvengono con riposizione. In particolare: P(E 1 ) = P(E 2 ) = 4 52 = 1 13.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 31 P(E) = P(E 1 E 2 ) = P(E 1 ) P(E 2 ) = 1 13 = 1 2 169. punto b) Si considerino gli eventi: F 1 = alla prima estrazione si ottiene una figura F 2 = alla seconda estrazione si ottiene una figura F = F 1 F 2 = si estraggono due figure Si osservi che gli eventi F 1 e F 2 sono indipendenti ed equiprobabili in quanto le estrazioni avvengono con riposizione. In particolare, nel mazzo di carte da cui si effettuano le estrazioni sono presenti 12 figure e quindi: P(F 1 ) = P(F 2 ) = 12 52 = 3 13. P(F) = P(F 1 F 2 ) = P(F 1 ) P(F 2 ) = 32 13 = 9 2 169. Si osservi che E F. La probabilità di estrarre due re dato che sono state estratte due figure, coincide con il calcolo della seguente probabilità condizionata: P(E F) = P(E F) P(F). Essendo E F, si ha che E F = E e di conseguenza: Concludendo, si ha: P(E F) = P(E) = 1 169. P(E F) = P(E F) P(F) = 1 169 9 169 = 1 9. 18. Si lanci una moneta che può dare testa o croce con probabilità rispettivamente pari a 2 e 3. Se si ottiene testa si lancia un dado regolare con sei facce, se si ottiene 5 5 croce si lancia un tetraedro regolare ( dado con quattro facce numerate da 1 a 4). Determinare la probabilità di ciascun evento elementare. Indicando con t e c rispettivamente gli eventi testa e croce ottenibili dal lancio di una moneta, si ha che lo spazio campionario dell esperimento descritto dal testo dell esercizio è dato da: Ω = {(t, 1); (t, 2); (t, 3); (t, 4); (t, 5); (t, 6); (c, 1); (c, 2); (c, 3); (c, 4)}.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 32 Si indichi con D j l evento si ottiene il numero j lanciando il dado e con T k l evento si ottiene il numero k lanciando il tetraedro. Naturalmente j = 1, 2,..., 6 e k = 1, 2, 3, 4. Si osservi che: P(D j ) = 1 j = 1, 2,..., 6 6 P(T k ) = 1 4 k = 1, 2, 3, 4. Si consideri l evento elementare (t, 1). Si osservi che P(1 t) = P(D 1 ), alla luce di ciò si ha: P {(t, 1)} = P(t) P(1 t) = P(t) P(D 1 ) = 2 5 1 6 = 1 15. In modo del tutto analogo: P {(t, 2)} = P(t) P(2 t) = P(t) P(D 2 ) = 2 5 1 6 = 1 15 ; P {(t, 3)} = P(t) P(3 t) = P(t) P(D 3 ) = 2 5 1 6 = 1 15 ; P {(t, 4)} = P(t) P(4 t) = P(t) P(D 4 ) = 2 5 1 6 = 1 15 ; P {(t, 5)} = P(t) P(5 t) = P(t) P(D 5 ) = 2 5 1 6 = 1 15 ; P {(t, 6)} = P(t) P(6 t) = P(t) P(D 6 ) = 2 5 1 6 = 1 15. Si consideri ora l evento elementare (c, 1). Si osservi che P(1 c) = P(T 1 ), alla luce di ciò si ha: P {(c, 1)} = P(c) P(1 c) = P(c) P(T 1 ) = 3 5 1 4 = 3 20. In modo del tutto analogo: P {(c, 2)} = P(c) P(2 c) = P(c) P(T 2 ) = 3 5 1 4 = 3 20 ; P {(c, 3)} = P(c) P(3 c) = P(c) P(T 3 ) = 3 5 1 4 = 3 20 ; P {(c, 4)} = P(c) P(4 c) = P(c) P(T 4 ) = 3 5 1 4 = 3 20. Si osservi che: P(Ω) = P {(t, 1)} + P {(t, 2)} + P {(t, 3)} + P {(t, 4)} + P {(t, 5)} + P {(t, 6)} + +P {(c, 1)} + P {(c, 2)} + P {(c, 3)} + P {(c, 4)} 1 = 6 15 + 4 3 20 = 2 5 + 3 5 = 1.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 33 19. Due urne contrassegnate dalle lettere A e B sono così composte. L urna A contiene 5 palline rosse e 5 palline nere. L urna B contiene 7 palline rosse e 8 palline nere. Un esperimento casuale consiste nello scegliere a caso un urna e quindi nell estrarre una pallina dall urna prescelta. Calcolare la probabilità che la pallina estratta sia rossa. In primo luogo si ricava lo spazio campionario dell esperimento descritto nel testo dell esercizio. Si indichino con A e B rispettivamente gli eventi la pallina viene estratta dall urna A e la pallina viene estratta dall urna B. Dato che l urna dalla quale viene estratta la pallina è scelta casualmente, si ha che: P(A) = P(B) = 1 2. Si indichino inoltre con r e n rispettivamente gli eventi la pallina estratta è rossa e la pallina estratta è nera. Si ha che: Ω = {(A,r) ; (A,n) ; (B,r) (B,n)}. Si osservi a questo punto che l evento r altro non è che l unione dei due eventi elementari disgiunti (A,r) e (B,r). Si ha dunque che: P(r) = P {(A,r) (B,r)} = P {(A,r)} + P {(B,r)} = P(A) P(r A) + P(B) P(r B) Si osservi ora che la probabilità di estrarre una pallina rossa dato che è stata scelta l urna A (P(r A)) coincide esattamente con la probabilità di estrarre una pallina rossa dall urna A: In modo del tutto analogo: P(r A) = n di casi favorevoli = 5 10 = 1 2. P(r B) = n di casi favorevoli = 7 15. Concludendo: P(r) = P(A) P(r A) + P(B) P(r B) ( 1 = 2 1 ) ( ) 1 + 2 2 7 15 = 1 4 + 7 30 = 29 60.

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 34 1.4 Tabelle a doppia entrata 20. Cento soggetti vengono classificati secondo il fatto che abbiano acquistato nell ultimo mese una videocassetta e \ o un CD. Si sa che dei 75 acquirenti di videocassette, 53 hanno acquistato anche un CD; 14 sono coloro che non hanno acquistato nè CD nè videocassette. Estraendo a caso uno di essi, qual è la probabilità che: a) non abbia acquistato un CD; b) abbia acquistato un CD ma non una videocassetta; c) abbia acquistato un CD o una videocassetta; d) abbia acquistato un CD sapendo che ha acquistato una videocassetta; e) abbia acquistato un CD sapendo che non ha acquistato una videocassetta. punto a) Sulla base delle informazioni fornite dal testo dell esercizio è possibile costruire la seguente tabella a doppia entrata CD CD tot V 53 22 75 V 11 14 25 tot 64 36 100 dove in grassetto vengono riportate le frequenze che vengono direttamente fornite dal testo dell esercizio. Le restanti frequenze vengono ricavate sfruttando le relazioni intercorrenti tra frequenze marginali e congiunte in una tabella di contingenza. Come si nota dalla tabella, il numero di individui che non hanno acquistato un CD (n di casi favorevoli) è 36. Si ha di conseguenza che: P(CD) = n di casi favorevoli = 36 100 = 0.36. punto b) Il numero di individui che hanno acquistato un CD ma non una videocassetta (n di casi favorevoli) è 11. Si ha di conseguenza che: punto c) P(CD V ) = n di casi favorevoli = 11 100 = 0.11. P(CD V ) = P(CD) + P(V ) P(CD V ) = 64 100 + 75 100 53 100 = 86 100 = 0.86. punto d) P(CD V ) = P(CD V ) P(V ) 53 = 100 = 53 75 75 = 0.7066. 100 (2)

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 35 punto e) P(CD V ) = P(CD V ) P(V ) 11 = 100 = 11 25 25 = 0.44. 100 Osservazione. Di seguito riportiamo la tabella delle frequenze relative congiunte e marginali ricavabile dalla (2): CD CD tot V 0.53 0.22 0.75 V 11 0.14 0.25 tot 0.64 0.36 1 Si osservi che le probabilità richieste dal testo dell esercizio coincidono con le frequenze relative appena calcolate o sono da esse direttamente ricavabili. In particolare: a ) P(CD) = f r (CD) = 0.36; b ) P(CD D) = f r (CD;D) = 0.11; c ) P(CD V ) = P(CD)+P(V ) P(CD V ) = f r (CD)+f r (V ) f r (CD;V ) = 0.86; d ) P(CD V ) = P(CD V ) P(V ) e ) P(CD V ) = P(CD V ) P(V ) = f r(cd;v ) f r (V ) = f r(cd;v ) f r (V ) = 0.0766 = 0.44 21. Dai dati del Registro Navale Italiano relativi al 1991 si è ricavata la seguente tabella in cui le navi di oltre 100 tonnellate, battenti bandiera italiana, sono classificate per classe di età e classe di stazza lorda (in tonnellate): Età (anni) 0 10 10 20 20 e oltre Classe di stazza (ton.) Totale 100 500 256 199 325 780 500 10000 136 287 224 647 10000 150000 73 96 46 215 Totale 465 582 595 1642 Supponendo di estrarre casualmente una delle 1642 navi di cui sopra, si determini: a) la probabilità che la nave estratta abbia un età compresa tra 10 e 20 anni; b) la probabilità che la nave estratta pesi almeno 10.000 tonnellate e sia stata varata da meno di dieci anni;

1 ESPERIMENTI CASUALI, EVENTI E PROBABILITA 36 c) la probabilità che la nave estratta sia stata varata da meno di 20 anni o pesi tra 500 e 10.000 tonnellate o possegga entrambe le caratteristiche. punto a) Di seguito si riporta la tabella delle frequenze relative congiunte e marginali ricavata dalla tabella di contingenza fornita dal testo dell esercizio: Età (anni) 0 10 10 20 20 e oltre Classe di stazza (ton.) Totale 100 500 0.1559 0.1212 0.1979 0.4750 500 10000 0.0828 0.1748 0.1364 0.3940 10000 150000 0.0445 0.0585 0.0280 0.1310 Totale 0.2832 0.3544 0.3624 1.0000. Si ha che: P(10 età < 20) = P(10 20) = n di casi favorevoli = f r (10 20) = 0.3544. punto b) P[(peso 10000) (età < 10)] = P((10000 150000) (0 10)) = n di casi favorevoli = f r [(10000 150000); (0 10)] = 0.0445. punto c) P((500 peso < 10000) (0 età < 20)) = = P((500 10000) (0 20)) = P(500 10000) + P(0 20) P((500 10000) (0 20)) = P(500 10000) + P(0 10) + P(10 20) + P((500 10000) (0 10)) P((500 10000) (10 20)) = f r (500 10000) + f r (0 10) + f r (10 20) + f r ((500 10000); (0 10)) f r ((500 10000), (10 20)) = 0.394 + 0.2832 + 0.3544 0.0828 0.1748 = 0.774.